Der älteste und kälteste weiße Zwerg, der jemals gefunden wurde, hat bizarre Staubringe um sich herum

Wenn Sterne wie unsere Sonne ihren Wasserstoff-Brennstoff erschöpfen, treten sie in das ein, was als ihr bekannt ist Rot-Riesen-Zweig (RGB-)Phase. Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sterne auf ein Mehrfaches ihrer ursprünglichen Größe ausdehnen, wonach sie ihre äußeren Schichten ablegen und zu kompakten weißen Zwergen werden. Es wird angenommen, dass diese Sterne in den nächsten paar Milliarden Jahren alle Objekte und Staubringe, die noch nahe genug sind, um von ihrer Schwerkraft beeinflusst werden zu können, langsam verbrauchen werden.

Allerdings machte eine Bürgerwissenschaftlerin namens Melina Thévenot kürzlich eine überraschende Entdeckung, als sie ein Weißer-Zwerg-System beobachtete. Basierend auf Daten der Weitfeld-Infrarot-Umfrage-Explorer (WISE)-Mission ist dieser Stern seit Milliarden von Jahren ein Weißer Zwerg, ist aber immer noch von mehreren Staubringen umgeben. Bekannt als LSPM J0207+3331 (oder J0207) könnte diese Entdeckung Forscher dazu zwingen, Modelle von Planetensystemen zu überdenken.

Die Entdeckung wurde gemacht durch Hinterhofwelten: Planet 9 , ein Projekt unter der Leitung von Marc Kuchner (einem Astrophysiker bei der NASA) Goddard Space Flight Center ), das auf Freiwillige angewiesen ist, um WISE-Daten nach neuen Entdeckungen zu durchsuchen. Etwa 145 Lichtjahre entfernt im Sternbild gelegen Steinbock , vermuten Astronomen, dass J0207 das erste bekannte Beispiel eines Weißen Zwergs mit mehreren Staubringen und das älteste sein könnte.

Die Entdeckung war auch Gegenstand einer kürzlich veröffentlichten Studie inDas Astrophysikalische Journal(' Ein weißer Zwerg mit 3 Gyr und warmem Staub, der über die Hinterhofwelten entdeckt wurde: Planet 9 Citizen Science Project “). Als John Debes, Astronom an der Institut für Weltraumteleskop-Wissenschaft in Baltimore und der Hauptautor des Papiers, das kürzlich in einer NASA Pressemitteilung :

„Dieser Weiße Zwerg ist so alt, dass jeder Prozess, der Material in seine Ringe einspeist, auf einer Zeitskala von Milliarden Jahren ablaufen muss. Die meisten Modelle, die Wissenschaftler erstellt haben, um Ringe um Weiße Zwerge zu erklären, funktionieren nur bis zu etwa 100 Millionen Jahren gut, daher stellt dieser Stern unsere Annahmen über die Entwicklung von Planetensystemen wirklich in Frage.“

Der Stern wurde entdeckt von Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) der NASA Mission, die ein starkes Infrarotsignal aufnahm, was auf das Vorhandensein von Staub hinweist. Basierend auf der Geschwindigkeit, mit der weiße Zwergsterne im Laufe der Zeit abkühlen, berechnete das Team von Debes aus ihren Oberflächentemperaturen – knapp über 5.800°C (10.500°F) – dass sich J0207 seit etwa 3 Milliarden Jahren in seiner Weißen Zwergphase befindet.

Diese neuen Erkenntnisse widersprechen dem, was Astronomen seit einiger Zeit über die Entwicklung von Sternensystemen vermutet haben. In der Vergangenheit haben Astronomen beobachtet, wie sich Planeten und Asteroiden, die die RGB-Phase eines Sterns überleben, nach dem Eintritt in die Weißer-Zwerg-Phase weiter wegbewegen. Dies liegt daran, dass der Stern viel von seiner Masse verloren hat und daher seinen gravitativen Einfluss auf umgebende Objekte.

Astronomen gehen davon aus, dass dies in etwa 5 Milliarden Jahren mit unserem Sonnensystem passieren wird. Nach der Erweiterung um Venus, Merkur und Erde , unsere Sonne verliert ihre äußeren Schichten und wird zu einem Weißen Zwerg. An diesem Punkt werden die verbleibenden Planeten und Objekte (zu denen wahrscheinlich die Haupt-Asteroidengürtel , die Gasriesen und die Cooper Gürtel ) werden alle nach außen abdriften.

In 1 bis 4% der Fälle haben Weiße Zwerge jedoch Infrarotemissionen gezeigt, die darauf hinweisen, dass sie von Staubscheiben oder -ringen umgeben sind. Wissenschaftler vermuten, dass dies das Ergebnis davon sein könnte, dass Asteroiden und Kometen durch Gravitationswechselwirkung mit verschobenen Planeten aus ihren Gürteln gestoßen und auf den Stern gelenkt werden. Wenn sich diese Körper dem Weißen Zwerg nähern, werden sie durch die Gezeitenstörung, die durch die starke Schwerkraft des Sterns verursacht wird, auseinandergerissen.

Die resultierenden Trümmer würden dann einen staubigen Ring bilden, der langsam nach innen fällt und auf der Oberfläche des Sterns akkretiert wird. In allen bisherigen Fällen wurden Staubscheiben und -ringe jedoch nur um weiße Zwerge herum beobachtet, die etwa eine Milliarde Jahre alt waren. Dies schien mit der Vorstellung in Einklang zu stehen, dass ältere Weiße Zwerge ihre Asteroidenvorräte und die daraus resultierenden Staubringe effektiv aufgebraucht hatten.

Diese neueste Entdeckung macht J0207 effektiv zum ältesten und kältesten Weißen Zwerg mit Staub, der jemals beobachtet wurde. Als sie zum ersten Mal die Infrarotsignale von J0207 bemerkte, hielt Melina Thévenot es für schlechte Daten. Zu dieser Zeit durchsuchte sie die GaiaMission Archive für Braune Zwerge, die jenseits ihrer Infrarotstrahlung kaum nachweisbar sind.

Künstlerisches Konzept des Wide-field Infrared Survey Explorer als seine Umlaufbahn um die Erde. Bildnachweis: NASA/JPL

Nachdem sie WISE-Infrarotdaten konsultiert hatte, stellte sie fest, dass es zu hell und zu weit entfernt war, um ein Brauner Zwerg zu sein. Thévenot leitete diese Ergebnisse an das Team von Backyard Worlds: Planet 9 weiter, das dann Folgebeobachtungen von den W. M. Keck-Observatorium in Hawaii. Als Thévenot erklärt :

„Das ist ein wirklich motivierender Aspekt der Suche. Die Forscher werden ihre Teleskope bewegen, um Welten zu betrachten, die Sie entdeckt haben. Was mir aber besonders gut gefällt, ist der Austausch mit dem tollen Forscherteam. Alle sind sehr nett und versuchen immer, das Beste aus unseren Entdeckungen zu machen.“

Außerdem vermuten Debes und seine Kollegen, dass J0207 sogar ein Ringsystem haben könnte. Sie schlagen in ihrer Studie vor, dass dies aus zwei verschiedenen Komponenten bestehen würde: einem dünnen äußeren Ring, an dem die Schwerkraft des Weißen Zwergs die Asteroiden aufbricht, und einem breiteren Ring näher am Stern. Diese neuen Beobachtungen werden Astronomen wahrscheinlich dazu zwingen, ihre Modelle für die Entwicklung von Planetensystemen zu überdenken.

„Wir haben Backyard Worlds: Planet 9 hauptsächlich gebaut, um nach Braunen Zwergen und neuen Planeten im Sonnensystem zu suchen“, sagte Kuchner. „Aber die Zusammenarbeit mit Citizen Scientists führt immer zu Überraschungen. Sie sind unersättlich – das Projekt feierte gerade seinen zweiten Geburtstag, und sie haben bereits mehr als 1.000 wahrscheinliche Braune Zwerge entdeckt. Nachdem wir die Website nun mit der doppelten Menge an WISE-Daten neu gestartet haben, freuen wir uns auf noch mehr spannende Entdeckungen.“

Der Lebenszyklus eines sonnenähnlichen Sterns vom Protostern (linke Seite) über den Roten Riesen (nahe der rechten Seite) bis zum Weißen Zwerg (ganz rechts). Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser

Diese Forschung erzwingt nicht nur ein Umdenken darüber, wie sich das Planetensystem im Laufe der Zeit entwickelt, sondern könnte auch Hinweise auf die Zukunft unseres eigenen Sonnensystems liefern. Sobald unsere Sonne zu einem Weißen Zwerg geworden ist, wird sie wahrscheinlich die nächsten paar Milliarden Jahre damit verbringen, Asteroiden und KBOs zu konsumieren, die von den überlebenden Gasriesen aus ihren Gürteln geworfen werden. Nach dieser neuesten Studie könnte es auch mehrere Milliarden Jahre später einen Staubring haben.

Diese Entdeckung war zwar ein Segen für Astronomen, zeigt aber auch, was dank der Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftsorganisationen und Citizen Scientists möglich ist. Im Zeitalter der Exoplanetenforschung und der fortgeschrittenen Astronomie macht die schiere Datenmenge solche Kooperationen nicht nur notwendig, sondern auch höchst lukrativ.

Weiterlesen: NASA , Die Briefe des Astrophysikalischen Journals